Kako se razvija kemija? Odgovor je jednostavan: kemija se razvija iznalaženjem novih reagensa i postupaka. No kako sve nastaje iz nečega, a ništa iz ničega (ex nihilo nihil), iza „novih kemijskih postupaka“ kriju se stari, često još alkemičarima poznati postupci no zaodjeveni u novo ruho. To bi se moglo reći i za mehanokemiju, u posljednje vrijeme popularnu granu kemije koja se temelji na postupku mehanokemijskog mljevenja. „Mehanokemijskim mljevenjem“ (mechanochemical milling) melju se prahovi koji pritom kemijski reagiraju. Ne zvuči li to poznato? Takva, mehanokemijska reakcija je i reakcija nastajanja željezova sulfida, FeS, tarenjem sumpornog i željeznog praha u tarioniku. No FeS se može dobiti i drugačije. Treba izmiješati otopinu željezova sulfata ili klorida s otopinom natrijeva sulfida, a nakon toga otfiltrirati talog, pa ga ispirati, pa sušiti. Teže, dulje, kompliciranije, skuplje…

Da bi se mehanokemijski postupci mogli primijeniti i na složenije reakcije služi mlin s jednom ili više kuglica, koji se nalazi i u Laboratoriju za fizičku organsku kemiju Instituta Ruđer Bošković. I evo rezultata: dr. sc. Vjekoslav Štrukil je ove godine u prestižnom znanstvenom časopisu ChemSusChem objavio rad „Highly efficient solid-state hydrolysis of waste polyethylene terephtalate by mechanochemical milling and vapor-assisted aging (Vrlo djelotvorna hidroliza otpadnog polietilen-tereftalata u krutom stanju mehanokemijskim mljevenjem te parom potpomognutim starenjem)“. Znanstveni rad doktora Štrukila izazvao je pozornost i šire javnosti – čak je iznjedrio bombastičan naslov u dnevnom tisku: „Institut Ruđer Bošković razvio novu metodu razradnje PET platike: Promijenit će svijet“. Što se krije iza tog naslova (i toga znanstvenog rada)? 

Polietilen-tereftalat (PET) ili korektnije napisano, prema sustavnoj kemijskoj nomenklaturi, poli(etilen-tereftalat) je ester dvovalentne tereftalne kiseline (TPA) i dvovalentnog alkohola etilen-glikola (eten-1,2-diola). Alkoholi i kiseline, učili smo u školi, spajaju se u estere, ali – i to smo učili – hidrolizom estera nastaju alkoholi i kiseline. Za ovu drugu, povratnu reakciju treba esteru dodati lužinu – što ljudi (nemajući pojma o kemiji) znaju otkad znaju kuhati sapun. No dok se trigliceridi masnih kiselina (masti i ulja) hidroliziraju na glicerol (alkohol) i soli masnih kiselina (sapune) kuhanjem u 30-postotnoj natrijevoj lužini, to kod rečenog estera, PET, ne ide tako lako. Za njegovu je hidrolizu potrebna visoka temperatura (100 – 300 ^oC) i visok tlak (200 bar), a to znači velik utrošak energije. Umjesto toga, kaže zagrebački znanstvenik, sve se može izvesti na sobnoj temperaturi i pri atmosferskom tlaku, no uz upotrebu mehanokemijskog mlina.

A evo kako. Pomiješa se 2,0  grama izmrvljenog PET sa 3,0 grama kuhinjske soli (dakle u masenom omjeru 2:3), tome se doda 0,9 grama natrijeva hidroksida, a potom se smjesa stavi u mlin. Nakon tri sata meljave, pri čemu je kugla od nerđajućeg čelika prošla 648 tisuća puta kroz smjesu, praktički se sav (> 99 %) PET pretvara u etilen-glikol i dinatrijev tereftalat: u mlinu vidimo praškasti sirovi produkt koji se potom otopi u vodi, filtriranjem se odvoji nerazgrađeni polimer, a zatim se doda solna kiselina. Zakiseljavanjem otopine dinatrijev tereftalat prelazi u netopljivu tereftalnu kiselinu – i to čistu.

I to bi bilo sve, ali opet nije sve. Postupak koji sam opisao samo je jedna, no najbolja od 29 varijanti postupka opisanog u spomenutom radu. Štoviše, doktor Štrukil je istražio i mogućnost da se smjesa PET i natrijeva hidroksida ne melje, nego da stoji na vlažnom zraku. I tako se PET može hidrolizirati, no slabije: nakon sedam dana u tereftalnu kiselinu pretvorilo se samo 80 % plastike. No kada se smjesa umjesto vodenoj pari izloži parama alkohola (metanola ili etanola) već nakon tri dana dolazi gotovo do potpune razgradnje polimera.

Zbog izuzetnih mogućnosti mehanokemije Međunarodna unija za čistu i primijenjenu kemiju (International Union for Pure and Applied Chemistry, IUPAC) proglasila ju je jednom od deset grana kemije koje imaju „potencijal da promijene svijet“. Kada se tome doda da istoj kategoriji pripada i recikliranje polimera, nema sumnje da je riječ o iznimnom dostignuću našeg znanstvenika i naše znanosti. No na pitanje svih pitanja, kada ćemo vidjeti novu kemijsku metodu u praksi, već je teže odgovoriti. Jedno je raditi sa dva grama, a drugo sa dva kilograma ili dvije tone! Da bi metoda mehanokemijskog mljevenja plastike bila ekonomski isplativa trebat će napraviti mnogo veći mlin. No i toga će biti.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnom zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor više od stotinu znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda, a danas je urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji za koji piše i redovite komentare. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 13 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.